Tipps zur Wahl der richtigen Ladezustandsanzeige für Akkus

Verbleibende Laufzeit bei gegebener Restladung

Vielen Anwendern reicht es allerdings nicht, lediglich den Ladezustand oder die Restkapazität zu kennen. Was sie wirklich wissen möchten, ist die verbleibende Laufzeit resultierend aus der Restladung. Vereinfachende Methoden, wie die Division der Restkapazität durch die aktuelle oder zukünftige Last, können zu ungenauen Annahmen führen. Der EZ-Algorithmus trifft eine viel genauere Aussage zum Leerzustand auf Basis von Akkuparametern, Temperatur, Lasteinwirkung und Leerlaufspannung der Anwendung.

Hersteller von Großserien können den EZ-Algorithmus für eine schnelle Entwicklung verwenden. Mit einem funktionierenden Prototypen lässt sich dann zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit ein dediziertes Akkumodell mittels Batteriecharakterisierung erstellen. Kleinserienhersteller können EZ dazu nutzen, den für sie am besten geeigneten Akku am Markt zu wählen. Sie können darauf vertrauen, dass die meisten Li-Ion-Akkus durch den EZ-Algorithmus mit ausreichender Genauigkeit charakterisiert sind.

Einzellen-Akkuzustandsanzeige mit ModelGauge m5 EZ

Der EZ-Algorithmus ist in den MAX17055 eingebaut, einen Chip zur Ladezustandsmessung für die Akkuzustandsanzeige von Einzellen-Akkus. Mit einem Abschaltstrom von 0,7 µA, einem Ruhestrom von 7 µA und einem Betriebsstrom von 18 µA ist der Chip für akkubetriebene Wearable-Geräte ideal geeignet. Die I2C-Schnittstelle bietet Zugang zu Daten-und Steuerregistern.

Wettbewerbsanalyse beim Systemfehler

Bild 3 zeigt eine Wettbewerbsanalyse beim Systemfehler. Das Histogramm spiegelt wider, dass im entladenen Zustand der MAX17055 für die Mehrzahl der Testfälle (15 von 26) einen Systemfehler von <1% erreicht. Konkurrierende Bausteine geben einen viel größeren Fehler für die gleichen Testszenarien aus.

Vorteil Laufzeitgenauigkeit und Laufzeitverlängerung

Eine geringe Fehlerrate beim Zustand „fast leer“ gewährleistet, dass die Akkuladung optimale genutzt und die Laufzeit maximiert wird. Unvorhergesehene oder vorzeitige Unterbrechungen des Gerätebetriebs werden minimiert.

Die Verwendung eines ICs für die Ladezustandsanzeige mit einem geringen Ruhestrom verlängert die Laufzeit. Der Ruhestrom von 18 µA des MAX17055 ist um 64 % geringer als der des Chips des nächsten Wettbewerbers. Darüber hinaus nimmt der IC im Ruhezustand nur 7 µA auf. Angewandt auf das vorher diskutierte Szenario wird die Verkürzung der Betriebszeit von 52 auf 7 min reduziert – das bedeutet einen erheblichen Gewinn hinsichtlich der Leistungsfähigkeit.

Fazit: Die Modellierung des Akkus mit einer effektiv arbeitenden Ladezustandsanzeige ist sowohl für eine maximale Laufzeit als auch die Genauigkeit der Anzeige der Laufzeit eines Akkus von zentraler Bedeutung. Die akkurate Akkumodellierung ist kompliziert und arbeitsintensiv, verlängert die Markteinführungszeit und erschwert die Verbreitung von Akkuanwendungen in Kleinserien.

Ein Ansatz für die Ladezustandsmessung, der auf dem Algorithmus ModelGauge m5 EZ basiert und in den Chip MAX17055 integriert ist, ermöglicht eine schnellere, einfachere und kosteneffektivere Entwicklung von Akkusystemen. Die Methode garantiert zudem eine bessere Leistungsfähigkeit der Akkus für ein breites Einsatzspektrum.

* Dr. Nazzareno (Reno) Rossetti ist Spezialist für Analogtechnik und Power-Management bei Maxim Integrated in San Jose / USA.

* Bakul Damle ist Leiter des Geschäftsbereichs Mobile Power bei Maxim Integrated in San Jose / USA.

(ID:44883261)